CN101346597A - 用于在口区域中具有均匀负载分配的板式换热器的传热板 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种传热板(1)，所述传热板(1)预定与其它传热板一起构成一板片叠层组(2)，所述板片叠层组(2)具有若干用于换热器(3)的永久连接的板片，传热板(1)包括第一长边(4)和对置的第二长边(5)，第一短边(6)和对置的第二短边(7)，显示若干凸脊(10)和凹谷(11)的图形(9)、第一和第二口区域(12和13)，上述第一口区域(12)位于在第一长边(4)和第一短边(6)之间会合处所形成的第一拐角部分(14)中，上述第二口区域(13)位于在第二长边(5)和第一短边(6)之间会合处所形成的第二拐角部分(15)中，及上述第一口区域(12)连接到许多凸脊(10a－d)和凹谷(11a－e)上，所述凸脊(10a－d)和凹谷(11a－e)原则上具有从上述第一口区域(12)对角式朝向第二长边(5)的范围。

Description

用于在口区域中具有均匀负载分配的板式换热器的传热板
发明领域
本发明涉及按照权利要求1的前序部分所述的传热板。此外，本发明涉及包括本发明的传热板的板式换热器。
发明背景
日本专利说明书JP 2002-081883描述了一种换热器，所述换热器包括若干具有相同传热板的传热板。在随后的正文中，术语“传热板”与术语“板片”同义。各板片显示凸脊和凹谷的图形，所述凸脊和凹谷对角式横跨传热板延伸。叠加形成板片叠层组要求将各板片这样放置在彼此之上，以便一个板片的若干凸脊和凹谷通过接触点连接到相邻板片的凸脊和凹谷上。各板片的相互方位是这样，即相邻的板片在它们于上述接触点处相互贴合时有凸脊和凹谷的范围的相互发散。相互邻近的板片通过上述接触点连接，以便形成永久连接的板片叠层组。
包括按照上述专利说明书JP 2005-081883成形的板片的换热器的问题是围绕口区域的接触点具有卡扣的趋势。术语“卡扣”意思是指在接触点处分开的两个相互邻近的板片之间的永久连接。尤其影响接触点分开的危险程度的一些因素是接触点在板片上的位置及其与另一些接触点的接近度。在按照专利说明书JP 2005-081883所述的实施例中各口区域的周围及在许多常规板片上，各接触点围绕每个口区域设置在距口区域的中心不同的距离处。结果是作用在口周围的各个接触点处的应力由于其中一部分接触点比另一些接触点位置更靠近某些接触点而不同。因此彼此靠近的接触点将应力分布在它们之中，其结果是各接触点较少受应力影响。这意味着位于口区域周围且不接近另一接触点的某些另外的接触点因此有比口区域周围的另一些接触点更大的分开的倾向。
用于形成口周围接触点的已知技术是压紧口周围区域中许多凸出部(nib)。上述各凸出部位于距口的中心相同的径向距离处。这个实施例的缺点是各个凸出部需要大的表面，以便能将它们压紧在板片中。这意味着板片的传热表面由于专门压紧上述凸出部的表面而减少，结果通过上述板片传热减少。
发明提要
换热器包括永久连接的板片叠层组。板片叠层组包括许多同样的相互叠加的板片。板片包括边缘部分，口部分和传热表面。传热表面显示凸脊和凹谷的图形。板片叠层组中的每个第二板片在一与传热表面平行的平面中旋转180°，以使彼此相对转动的两个相互邻接的板片原则上是通过凸脊的峰顶和凹谷的下侧相互贴紧。因此在相互邻近的凸脊和凹谷之间贴合时比如通过钎焊形成接触点，所述接触点永久相互连接。
本发明的目的是创造一种板片，所述板片可以叠加并连接到相同的板片上，上述各板片通过它们相互邻近的图形围绕口区域形成若干接触点，所述各接触点原则上位于距口区域的中心相同的距离处。
本发明的另一个目的是创造一种板片，所述板片包括在口区域之间一个分布表面，所述分配表面弯曲时是刚性的。
上述目的和另一些目的按照本发明是通过具有权利要求1所表示的特征的引言中所述的板片达到。
用按照权利要求1的特征部分所述的板片所达到的优点是，因为围绕相应口区域的各接触点原则上是在距相应口区域的中心相同的径向距离处，所以在上述各接触点之间有均匀的应力和负载分布。
用按照权利要求1的特征部分所述的板片所达到的优点是，因为各凸脊从各口区域到对置的边缘区域有一连续的范围，所以结果是板片在挠曲和扭转上是刚性的。
用按照权利要求1的特征部分所述的板片所达到的优点是，每个与相应的口区域连通的凹谷处于与上述口区域的内边缘相同的平面中，上述边缘限定口凹槽，同时产生用于介质从口区域和沿着上述凹谷的均匀流动路线。
板片的优选实施例还具有由子权利要求2-10所指出的特征。
按照本发明所述的板片的实施例，各接触点位于相应凸脊的末端部分上，所述末端部分邻接上述口区域，上述各凸脊如此设置，以使它们邻接圆弧或通过圆弧的范围相交，上述圆弧的中心位于口部分的面积内。口区域限定在圆弧和口凸脊之内，上述口凸脊围绕邻近板片的拐角部分的口区域的部分转动大约180°。因为每个接触点原则上都是位于距口区域的中心相同的径向距离处，和因为沿着圆弧的范围相互邻近的接触点原则上是位于彼此相距相同的距离处，所以没有接触点经受比任何其它接触点更大的应力。这是由于在接触点处的负载分布到围绕口区域的相邻接触点上，因而防止了在单个接触点处高的应力集中。
按照本发明所述的板片的实施例，传热板具有与相应短边平行的中心轴线，并以这种方式相对于中心轴线对称，以便基本上每个压紧在传热板中的凸脊和凹谷在形状和位置上与中心轴线的另一侧上的凸脊和凹谷相对应。中心轴线和相应的短边处于板片内分开的平面中。各平面与相应的长边及与同传热表面平行的平面成直角。
按照本发明所述板片的实施例，中心轴线的范围与相应短边的范围不同，因为中心轴线横跨传热表面从一个长边处的水平延伸到另一个长边处的不同水平。这有助于在两个相互邻近的板片之间贴合时，在用于相互邻近的中心轴线的位置处板片之间的距离改变。因此在一个长边处板片之间的距离与另一个长边处板片之间的距离不同。在相互邻近的板片之间的距离较小处的长边构成口区域之间的最短路线，所述最短路线因此是介质最自然采取的路线。通过改变沿着中心轴线的相互邻近的板片之间的距离，因此能将介质引导到另一些板片部分，同时导致利用板片的较大部分的传热表面。
按照本发明所述板片的实施例，每个凸脊都具有第一中心线，所述第一中心线将凸脊的范围分成两个相等的部分，在各个凸脊中的上述第一中心线原则上与中心轴线的相应侧上的相应凸脊的第一中心线平行。每个凸脊都具有一峰顶部分，中心线在一穿过峰顶部分和凸脊的平面中延伸，同时将峰顶部分和凸脊的范围分成两个相等的一半。
按照本发明所述板片的实施例，每个凹谷都包括第二中心线，所述第二中心线把凹谷的范围分成两个相等的部分，因而在相应的凹谷中的相应第二中心线原则上与中心轴线的相应两侧上相应凹谷的第二中心线平行。上述第二中心线在凹谷内的平面中延伸到一范围，所述范围将凹谷分成两个相等的部分。在中心轴线相应两侧上板片中的第一和第二中心线相互平行。
在两个相互邻近的板片之间贴合时，第一板片上各凸脊的峰顶部分与同样第二板片的凹谷的下侧有关。第二板片与第一板片相同，但绕一轴线旋转180°，所述轴线垂直于与板片传热表面平行的平面。
按照本发明所述的板片的实施例，两个相互邻近的凸脊在它们之间形成一凹谷，且凸脊之间每单位宽度的凹谷的体积沿着它的范围变化。这使它能横跨整个传热表面控制和分布介质。在板片具有常规图形的情况下，在两个口之间流动的介质力图采取最短的路线。通过改变介质穿过其流动的凹谷的宽度并使凹谷变得更宽，能将介质引导到难以使介质对其起作用的区域。结果是利用传热表面的一些部分，所述这些部分在常规板片的情况下难以供介质达到，比如在两个口之间不构成最短路线的区域，上述两个口有介质相互接触。
按照本发明所述的板片的实施例，各凸脊包括一峰顶部分，和在中心线的每一侧上的侧面部分，上述侧面部分使峰顶部分和凹谷相互连接，所述峰顶部分通过拱弧形边缘部分连接到相应的侧面部分上，所述拱弧形边缘部分具有一半径，所述半径沿着凸脊的范围用与峰顶部分的宽度有关的方式改变，以便峰顶部分的宽度越小则半径越小。峰顶部分和侧面部分之间的边缘部分是拱弧形减少了在相互邻近的板片施加的焊料箔(solder foil)可能裂开的危险。在用焊料箔将两个板片焊接在一起的具体问题图形的峰顶和凹谷太倾斜，同时导致焊料箔裂开。这可能不仅导致各板片之间的区域由于缺少焊料箔而不相互焊接，而且还有一部分焊药箔截留在生产机器中的可能性。
按照本发明所述的板片的实施例，第一凸脊和第二凸脊在它们之间形成一第二凹谷，上述第一凸脊在两个口区域之间延伸，而上述凹谷从一个长边处的一个口区域延伸到对置的另一个长边。连续的凸脊在中心轴线的相应两侧上的口区域之间延伸，并使上述口区域相互连接。上述凸脊在板片中以第一口部分延伸到第二口部分，上述第一口部分位于与凸脊的峰顶部分相同的水平处，而上述第二口部分在与凹谷相同的水平处。如上所述，板片叠层组中每个第二板片都旋转180°，以便第一板片的第一口部分与叠加的第二板片的第二口部分连接。同样，第一板片的第二口部分与下面第二板片口部分连接。实际上，上述相应板片上的凸脊在口部分之间和上述水平之间延伸，并连接到相邻的板片上，在板片叠层组的这个区域中得到挠曲时是刚性和抗疲劳的结构，因为在这个区域中所吸收的应力分布到相邻板片的各口部分凸脊和凹谷上。
按照本发明所述的板片的实施例，第二凸脊通过第一连接部分连接到第三凸脊上，因而在上述第二和第三凸脊之间形成第三凹谷，所述第三凹谷具有开口端和闭合端。第二凹谷沿着第二凸脊和第三凸脊二者延伸。因此形成上述第二凹谷。因此第二凸脊的下侧利用钎焊通过接触点连接到第二、第三和第四凸脊的峰顶部分上，所述峰顶部分邻近上述第一口区域。因此能使相应凸脊上的接触点原则上均匀地围绕相应的口区域分布。
按照本发明所述的板片的实施例，板片包括如上所述的第一连接部分，所述第一连接部分使两个凸脊相互连接，因而形成一具有开口端和闭合端的凹谷。开口端与第一口区域连通。两个凸脊邻近一凹谷，所述凹谷本身也邻近第二口区域。上述具有两个连接的凸脊和上述凹谷，所述凹谷邻近第二口区域的构造，能在各凸脊邻近第一口区域的末端部分上形成若干接触点。
按照本发明所述板片的实施例，板片包括第二和第三连接部分。第二和第三连接部分将两个相互邻近的凸脊彼此连接。第一连接部分和中心轴线之间的距离大于第二和第三连接部分距同一中心轴线的距离。此外，第二连接部分位于比第一和第三连接部分更靠近长边处。在相应的方式中，第三连接部分位于比第一和第二连接部分更靠近第一长边处。从第一短边到相应连接部分的距离比从中心轴线到相应的连接部分的距离短。第一连接部分的主要部分位于更靠近两个长边的其中之一处。第一连接部分位于比第三连接部分更靠近第二连接部分处。第二和第三连接部分位于传热表面上，因为它们构成所谓的支承表面。支承表面用来从其中压紧板片的工具中松开板片。因此，一个目的是将上述支承表面用这种方式位于传热表面上，以使它们对穿过板片的总传热有尽可能小的不利影响。
本发明还涉及一种板式换热器，所述板式换热器用若干按照权利要求1-10其中之一所述的传热板制成。
通过本发明的板式换热器，得到具有极好的耐压和抗疲劳性。
附图简介
下面参照所附示意图更详细地说明按照本发明所述装置的优选实施例，上述附图只示出为理解本发明所必需的部分。
图1示出具有一机构和板片叠层组的换热器。
图2示出传热板片。
图3示出传热板片上图形的一部分。
图4示出供在换热器上使用的机构。
发明的不同实施例的详细说明
图1示出一种换热器(3)，所述换热器(3)包括板片叠层组(2)和至少一个机构(25)。换热器(3)具有许多进口和出口，所述进口和出口具有用于介质的进出口凹槽(32-35)。板片叠层组(2)包括许多板片(1)，所述许多板片(1)通过许多已知连接方法永久地相互连接。已知连接方法尤其是钎焊法、焊接法、胶粘法和粘结法。
图2示出按照本发明所述的板片(1)。板片(1)包括第一和第二长边(4和5)、第一和第二短边(6和7)、传热表面(8)、所述表面(8)具有图形(9)，图形(9)包括若干凸脊(10a-d)和凹谷(11a-e)。第一拐角部分(14)在第一短边(6)和第一长边(4)之间的连接部分处形成。第二拐角部分(15)位于第一短边(6)和第二长边(5)之间的连接部分处。第一口区域(12)位于第一拐角部分(14)中。第二口区域(13)在第二拐角部分(15)中形成。中心轴线(18)横跨板片(1)在两个长边(4和5)之间并垂直于所述两个长边(4和5)延伸。中心轴线(18)将板片(1)分成两个相等的一半。两个一半在形状、图形和外形上相互成镜像。这意味着板片(1)包括在所有四个拐角部分、四个口区域等之中。因为板片(1)绕上述中心轴线(18)对称，所以本说明书只涉及上述与板片的一半有关的技术特点。
板片(1)用若干同样的板片(1)叠加成板片叠层组(2，见图1)。在上述板片叠层组(2)中的每个板片(1)都在与传热表面(8)平行的平面中旋转180°。每个板片(1)都包括上侧面和下侧面。板片叠层组(2)中的所有板片(1)都用它们各自面向同一方向的下侧相互放在彼此之上。这种叠加导致第一板片(1)的图形(9)的上侧紧贴着经过旋转的同样第二板片(1)的下侧上的图形(9)。
第一口区域(12)与许多凸脊(10a-d)和凹谷(11a-e)连通。在中心轴线(18)的各侧上板片(1)上的凸脊(10a-d)和凹谷(11a-e)在原则上全都相互平行。
接触点(16a-d)在其邻近第一口区域(12)的每个相应凸脊(10a-d)的末端部分上形成。上述接触点(16a-d)原则上位于距第一口区域(12)的中心相同的径向距离处。接触点(16a-d)沿着围绕口区域(12)的圆弧(17)的范围分布。圆弧(17)的中心是在第一口区域(12)的面积内。
叠加上述板片叠层组(2，见图1)中两个相互邻近的板片(1)导致第一板片(1)上的第一接触点(16a)紧贴着放在上述第一板片(1)上经过旋转的第二板片(1)上第一凹谷(11a)的下侧。第二、第三和第四接触点(16a-d)将相应地如在第一接触点(16a)和第一凹谷(11a)的情况中那样紧贴着同一板片(1)的第二凹谷(11b)的下侧。
第二凸脊(10b)通过第一连接部分(24)连接到第三凸脊(10c)上。第二凹谷(11b)靠近第二凸脊(10b)、第三凸脊(10c)、第一凸脊(10a)和第二口区域(13)。第二凸脊(10b)在上述第一连接部分(24)和第一口区域(12)之间延伸。结果是形成上述第二凹谷(11b)，所述第二凹谷(11b)不仅围绕部分第二口区域(13)运行，而且还邻近板片(1)的传热表面(8)。第二凹谷(11b)起初是沿着第二凸脊(10b)从第一口区域(12)运行到第一连接部分(24)。在那个连接部分(24)处，迫使凹谷(11b)改变方向，以便此后沿着第三凸脊(10c)运行到第二长边(5)。实际上第二凹谷(11b)围绕部分第二口区域(13)运行导致在其下侧上形成围绕部分上述第二口区域(13)的细长区域。上述区域(13)连接到第二、第三和第四接触点(16b-d)上。由于上述第一连接部分(24)的结果，各凸脊(10a-d)可以相互平行，且上述接触点可以位于凸脊(10b-d)上原则上距第一口区域(12)的中心相同的径向距离处。这使它能在围绕第一口区域(12)的各个接触点(16a-d)处有不均匀的应力。
图3示出按照本发明所述的板片(1，见图2)中的部分图形(9)。为了便于理解起见，图3仅示出一个凸脊(10)和一个凹谷(11)，而按照本发明所述的板片(1)包括许多凸脊和凹谷。在图3中，凸脊(10)包括一个峰顶部分(21)和两个侧边部分(22a，b)。各个侧边部分(22a，b)连接到峰顶部分(21)上。峰顶部分(21)具有与凸脊(10)和凹谷(11)相同的范围。具有与凸脊(10)相同范围的拱弧形边缘部分(23a，b)在它的峰顶部分(21)的相应侧边上将相应的侧边部分(22a，b)连接到上述峰顶部分(21)上。具有与凸脊(10)相同范围的中心线(30)位于峰顶部分(21)中并沿着峰顶部分(21)。具有与凹谷(11)相同范围的第二中心线(31)位于凹谷(11)中并沿着所述凹谷(11)。
每个凸脊(10)沿着它的范围在宽度上改变，因此凸脊(10)的宽度越小，则峰顶部分(21)的宽度越小。拱弧形边缘部分(23a，b)的半径相应地改变，因此峰顶部分(21)的宽度越小，则半径越小。相应凹谷(11)的宽度沿着它的范围用与凸脊(10)及其峰顶部分(21)相同的方式改变。
每个凸脊(10)和凹谷(11)的中心线(30，31)在中心轴线(18，见图2)它们相应的侧边上相互平行。
实际上，凸脊(10)和凹谷(11)在宽度上并因此在每单位宽度的体积上的改变使它能将介质引导到板片(1)的各部分传热表面上，在常规板片中难以使介质对上述各部分传热表面起作用。实际上，每单位宽度的体积在难以使介质对其起作用的区域中增加使它能利用板片(1)上更大的表面来传热。
图4示出一种机构(25)。机构(25)对应地具有与叠加在板片叠层组(2)中同样板片(1)上的板片(1，见图1)相同的外周边。机构(25)包括第一表面(26)、第二表面(27，在附图中未示出)和出入口凹槽(32-35)。第一突起(28)和第二突起(29)压紧在第一表面(26)中第二中心轴线(36)的相应侧边上。这个第二中心轴线(36)的位置与按照本发明所述的板片(1，见图2)的中心轴线(18)相对应。相应的突起(28，29)从第二表面(27，在附图中未示出)中伸出。
机构(25)放置在板片叠层组(2，见图1)的第一和/或最后板片(1)上。第二表面(27，附图中未示出)中的突起(28，29)加工成一定形状，以便装配到相邻板片(1)上的图形(9，见图2)中。在机构(25)和相邻的板片(1)之间的对接部分上，将第一突起(28)插在板片(1)内的第二凹谷(11b)中。第二突起(29)插入第五凹谷(11e)中。第二凹谷(11b)和第五凹谷(11e)二者与第一口区域(12)连通。
在按照本发明所述的板片叠层组(2)中，理想的情况是能减少介质在机构(25)和相邻的板片(1)之间运行期间聚集的量。在与第一口区域(12)连通的许多凹谷(11b，11e)中插入上述突起(28，29)，防止这些凹谷(11b，11e)中的介质从上述口区域(12)流动到第二长边(5)。结果是优化了换热器(3)中的总传热，因为减少了对传热不起作用的介质。
本发明不限于所涉及的实施例，而是在下面权利要求书所述的范围内可以进行改变和修改，如上面已经部分说明的。

Claims (11)

1.一种传热板(1)，用于与其它传热板片一起构成一板片叠层组(2)，所述板片叠层组(2)具有若干用于换热器(3)的永久连接的板片，上述传热板片(1)包括第一长边(4)和对置的第二长边(5)、第一短边(6)和对置的第二短边(7)、显示凸脊(10)和凹谷(11)的图形(9)的传热表面(8)，第一和第二口区域(12，和13)，上述第一口区域(12)位于在第一长边(4)和第一短边(6)之间会合处所形成的第一拐角部分(14)中，上述第二口区域(13)位于在第二长边(5)和第一短边(6)之间会合处所形成的第二拐角部分(15)中，及上述第一口区域(12)连接到许多凸脊(10a-d)和凹谷(11a-e)上，上述凸脊(10a-d)和凹谷(11a-e)原则上具有一从上述第一口区域(12)对角朝向第二长边(5)的范围，
其特征在于，
许多接触点(16a-d)位于直接靠近第一口区域(12)的上述凸脊(10a-d)上，上述接触点(16a-d)还如此定位，以便至少一个接触点(16b，c)靠近两个接触点(分别是16a，c和16b，d)，上述各接触点(16a-d)原则上是在距上述第一口区域(12)的中心相同的径向距离处。
2.按照权利要求1所述的传热板(1)，其特征在于，各接触点(16a-d)位于相应凸脊(10a-d)的末端部分上，上述末端部分(10a-d)邻近上述口区域(12)，上述各接触点(16a-d)如此定位，以使相应的接触点(16a-d)邻近圆弧(17)的范围或与所述圆弧(17)的范围相交。
3.按照权利要求1所述的传热板(1)，其特征在于，传热板(1)具有一与各个短边(6和7)平行的中心轴线(18)，并相对于所述中心轴线(18)用这种方式对称，以便基本上每个在传热板(1)中压制的凸脊(10a-d)和凹谷(11a-e)都在形式上对应，并设置到中心轴线(18)的另一侧上的凸脊和凹谷上。
4.按照权利要求3所述的传热板(1)，其特征在于，每个凸脊(10a-d)都具有第一中心线(19)，所述中心线(19)把各凸脊(10a-d)的范围分成两个相等的部分，各个凸脊(10a-d)中的第一中心线(19)原则上与中心轴线(18)的相应两侧上各个凸脊(10a-d)的第一中心线(19)平行。
5.按照权利要求4所述的传热板(1)，其特征在于，每个凹谷(11a-e)都具有一第二中心线(20)，所述第二中心线(20)把各凹谷(11a-e)的范围分成两个相等的部分，因而各相应的凹谷(11a-e)中的相应第二中心线原则上与中心轴线(18)相应两侧上相应凹谷(11a-e)的第二中心线(20)平行。
6.按照权利要求1所述的传热板(1)，其特征在于，两个邻接的凸脊(10a-d)在它们之间形成一凹谷(11a-e)，所述凹谷(11a-e)在凸脊(10a-d)之间的宽度沿着上述凹谷(11a-e)的范围变化。
7.按照权利要求4所述的传热板(1)，其特征在于，各凸脊(10a-d)包括一峰顶部分(21)和在中心线(18)的每一侧上的侧边部分(22)，所述侧边部分(22)使峰顶部分(20)和凹谷(10a-d)相互连接，上述峰顶部分(20)通过拱弧形边缘部分(23)连接到每个侧边部分(22)上，上述拱弧形边缘部分(23)的半径沿着凸脊(10a-d)的范围用与峰顶部分(21)的宽度有关的方式变化，因此峰顶部分(21)的宽度越小，则半径越小。
8.按照权利要求1所述的传热板(1)，其特征在于，第一凸脊(10a)和第二凸脊(10b)在它们之间形成第二凹谷(11b)，上述第一凸脊(10a)在两个口区域(12和13)之间延伸，而上述凹谷(11b)从一个长边(4)的一个口区域(12)延伸到对面的第二长边(5)。
9.按照权利要求8所述的传热板(1)，其特征在于，第二凸脊(10b)通过第一连接部分(24)连接到第三凸脊(10c)上，因而在上述第二和第三凸脊(10b和c)之间形成第三凹谷(11c)，所述第三凹谷(11c)具有开口端和闭合端。
10.按照权利要求1所述的传热板(1)，其特征在于，第二凹谷(11b)沿着第二凸脊(10b)和第三凸脊(10c)二者延伸。
11.一种板式换热器，包括按照权利要求1-10其中之一所述的传热板。
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